发酵制品学第五章代谢调控发酵机制.ppt

第五章 生物产品代谢调控发酵机制 §1 氨基酸代谢调控机制 谷氨酸——味精工业生产 5. 鸟氨酸发酵机制 赖氨酸工业化生产 4. 苏氨酸高产菌 的生化模型特  征（讨论） 四、芳香族氨基酸生物合成途径与色氨酸、 苯丙氨酸、酪氨酸的发酵机制 §2 核酸类物质的代谢调控机制 三、肌苷和肌苷酸高产菌的选育模型 三、分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径与缬  氨酸、亮氨酸、异亮氨酸发酵机制 亮氨酸 Leu，C6H13O2N 异亮氨酸 Ile， C6H13O2N 缬氨酸 Val， C5H11O2N 1. 分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径和代谢调节机制 天冬氨酸 葡萄糖 生物合成途径 分支链氨基酸 族氨基酸生物 合成途径调节 L-苏氨酸 脱氨酶 L-苏氨酸 TD AS TD——L-苏氨酸脱氨酶 AS——?-乙酰乳酸合成酶 1）分枝链氨基酸生物合成的优先顺序为： Ile、 Leu、 Val 2） TD受Ile的强烈反馈抑制； 3） AS受Val的反馈抑制； 4）?-异丙基苹果酸合成酶受Leu的反馈抑制； 5）分枝链氨基酸合成酶系的各个酶的生成，受这三种末端 氨基酸——Ile+Val+Leu的多价阻遏。 分枝链氨基酸生物合成途径和自我调节的特点： 添加D-苏氨酸、α-溴丁酸、 α-氨基丁酸等前提物，绕过反馈调节； 添加的D-苏氨酸脱氢酶是诱导酶，不受反馈抑制，并选育Ile结构类似物抗性突变株，从而解除Ile对TD和对AS的反馈调节； 由于添加D-苏氨酸，则会使Ile、Val、Leu在菌体内的贮存平衡受到破坏，使Ile大量积累； 注意控制培养基中Val和Ｇ亚适量，并选育Leu－突变株； 增加前体物质的生成量。 2. 异亮氨酸代谢调节的解除及育种途径 切断支路代谢，选育Ile－＋Leu－突变株； 解除Ile、Val合成酶系的反馈阻遏； 解除Val对α -乙酰乳酸合成酶的反馈抑制。 Val生产菌的遗传标记： Ile－＋Leu－＋α-ABr＋2-TAr＋CMr （?-氨基丁酸） （2-噻唑丙氨酸） 3. 缬 氨酸育种机制（讨论） （“共系的生物合成途径”——分别为共同的酶所催化） 首先必须解除Leu对?-异丙基苹果酸合成酶的反馈抑制， 选育抗Leu结构类似物(如2-TA)突变株； 选育抗Val结构类似物(如2-AB)的突变株； 切断支路代谢，选育Ile－突变株。 4.亮氨酸发酵机制（讨论） 1. 芳香族氨基酸生物合成途径 色氨酸 Trp 苯丙氨酸 Phe 酪氨酸 Tyr 分子中都含有苯环 1.芳香族氨基酸的生物合成途径 从4-磷酸赤藓糖与磷酸烯醇丙酮酸合成3-脱氧-D-阿拉伯糖型庚酮糖-7-磷酸（DAHP）到分支酸，是Phe、Tyr和Trp的共同途径； 从分支酸到预苯酸（PPA）， 是Phe和Tyr的共同途径； 在分枝酸处，倾向于优先合成氨茴酸；在预苯酸处，倾向于优先合成对羟苯丙酮酸。即优先合成顺序是： Trp- Tyr- Phe。 合成途径特点： 大肠杆菌中有三种DAHP合成酶 谷氨酸棒杆菌中，在芳香族氨基酸生物合成途径中受调节控制的关键酶：DAHP合成酶（DS）、分枝酸变位酶（CM）、预苯酸脱氢酶（PD）、预苯酸脱水酶（PT）和氨茴酸合成酶（AS） 黄色短杆菌中有一种DAHP合成酶，代谢调节较易控制 2. 芳香族氨基酸的代谢调控机制 大肠杆菌中芳香族氨基酸生物合成途径与代谢控制 ①DAHP合成酶 ②分支酸变位酶 ③PPA脱氢酶 ④PPA脱水酶 ⑤氨茴酸合成酶 在黄色短杆菌中芳香族氨基酸生物合成的调节机制 DS－DAHP合成酶 CM－分支酸变位酶 PD－预苯酸脱氢酶 PT－预苯酸脱水酶 AS－氨茴酸合成酶 色氨酸生产菌的遗传标记位置 3. 色氨酸发酵机制（讨论） HMP途径 ①天冬氨酸激酶（AK） ②高丝氨酸脱氢酶（HD） ③二氢吡啶-2,6-二羧酸（DDP）合成酶 ④高丝氨酸激酶 ⑤ O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶 ⑥半胱氨酸脱硫化氢酶 ⑦苏氨酸脱氨酶 ⑧天冬氨酸半醛脱氨酶 ⑨二氢吡啶-2,6-二羧酸（DDP）还原酶 1. 天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径 葡萄糖→四碳二羧酸→ 2. 天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制 (1)大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成的调节机制 在黄色短杆菌中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸 和异亮氨酸生物合成的代谢调节 (2)谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等天冬氨酸族氨基酸的代谢调节机制 优先合成：⑴葡萄糖经酵解途径生成PYR，PYR 经 CO2 固定和氧化脱羧